Mehr Komfort, weniger Energieverbrauch

Lichtmanagementsysteme sichern vielfältige Vorteile – standardisiert und digital: DALI

Bedarfsgerechtes, ergonomisches und trotz dieser hohen Qualität energieeffizientes Licht – das ist das Ergebnis flexibler Beleuchtung mit Lichtmanagement. Derartige Beleuchtungsanlagen setzen ‚intelligente‘ elektronische Betriebsgeräte voraus. Außerdem müssen sie in mehreren Schalt- und Dimmzuständen arbeiten, einzelne Leuchten oder Leuchtengruppen müssen also separat angesprochen werden können.

Zum Lichtmanagement zählen alle Systeme, die das starre Mus­ter ‚Ein oder Aus‘ durchbrechen. Lichtmanagement-Bausteine, die in unterschiedlichen Ausbaustufen auch kombiniert eingesetzt werden, sind:
-abrufbare Lichtszenen für verschiedene Tätigkeiten; im Büro lauten die programmierten Einstellungen der Beleuchtung zum Beispiel ‚Schreibtischarbeit‘, ‚Bildschirmarbeit‘, ‚Besprechung‘ und ‚Präsentation‘,
-die Schaltung der Beleuchtung mit Bewegungsmeldern in Abhängigkeit von der Anwesenheit (Präsenzkontrolle) durch sofortiges Einschalten, zeitversetztes Ausschalten oder Dimmen,
-Regelung des Beleuchtungsniveaus in Abhängigkeit vom Tageslicht durch Dimmen und/oder Teilabschaltungen,
-über Lichtsensoren an einzelnen Arbeitsplatzleuchten,
-über Lichtsensoren im Raum,
-über Außenlichtsensoren.

Tageslichtabhängige Regelungen

Das größte Einsparpotenzial beim Energieverbrauch haben tageslichtabhängige Regelungen. Denn Beleuchtungsanlagen, die durch Fenster oder Oberlichter einfallendes oder mit entsprechenden Systemen gelenktes Tageslicht berücksichtigen, müssen zum Erreichen des gewünschten Beleuchtungsniveaus nicht durchgängig ihre ganze Leistung erbringen: Das künstliche Licht kann in Abhängigkeit vom Anteil des Tageslichts gedimmt, teilweise oder ganz abgeschaltet werden. Üblich ist die Auslegung einer tageslichtabhängigen Regelung als Summe aus Tageslichtanteil und geregeltem künstlichen Licht für ein konstantes Beleuchtungsniveau im ganzen Raum. So bleibt die gewünschte Beleuchtungsstärke auf der Arbeitsfläche durch Zugabe oder Rücknahme des künstlichen Lichts in etwa gleich, auch wenn sich der Tageslichtanteil ändert. Bei großer Außenhelligkeit wird die künstliche Beleuchtung zurückgenommen; bei wenig Tageslicht am Morgen, am Abend oder in den Wintermonaten wird ihr Niveau entsprechend angehoben. Leuchten mit großer Distanz zur Fensterfront müssen im Verhältnis zu dem in der Raumtiefe abnehmenden Tageslichtanteil mehr künstliches Licht abgeben als Leuchten direkt am Fenster. Für Sehaufgaben, die mehr Licht benötigen, sollte sich der Sollwert mit einem Handsteuergerät variieren lassen. Tageslichtabhängige Regelungen werden in unterschiedlichen Ausbaustufen realisiert: Die Möglichkeiten reichen von der einfachen Regelung einzelner Leuchten über die Regelung von Leuchtengruppen in einem System bis zur Einbindung der gesamten Beleuchtung in die Gebäudesystemtechnik.

Zum Beispiel: DALI

Der herstellerübergreifende Schnittstellenstandard DALI (Digital Addressable Lighting Interface) steht für die moderne Steuerung von Beleuchtungsanlagen. DALI ist im Wesentlichen die Definition von Telegrammen und Schnittstellen für die unterschiedlichsten Vorschalt- und Kontrollgeräte. Vorschaltgeräte sind in zahlreichen Ausführungsformen und für unterschiedliche Lampenfamilien verfügbar. Das wachsende Angebot und die inzwischen vielfach erprobte Praxistauglichkeit tragen dazu bei, dass immer mehr DALI-Beleuchtungsanlagen mit immer umfangreicheren Funktionspakten realisiert werden. Die Grundlage für die herstellerübergreifende Technik ist das Ergebnis von Normungsarbeit, die für DALI federführend von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) verantwortet wird. Die Anforderungen und Definitionen fasst ein eigenständiger Standard der IEC62386 zusammen. In drei Hauptteilen beschreibt er die Grundzüge des Systems, die Festlegungen für Vorschaltgeräte und für Kontrollgeräte. Marketingarbeit ist das zentrale Anliegen der Arbeitsgemeinschaft (AG) DALI unter dem Dach des ZVEI, Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V., Fachverband Elektroleuchten. Die AG will Vorteile der DALI-Schnittstelle darstellen und darüber informieren, DALI interessierten Kreisen näherbringen und die Anforderungen auf das System einschließlich der Kompatibilität in der Industrie abstimmen. Der Name DALI und das Logo sind rechtlich geschützt und stehen ausschließlich den Mitgliedern der AG DALI oder Lizenznehmern zur Verfügung. Diese Maßnahme fördert die gute Kompatibilität der Produkte und schützt vor Missbrauch von DALI-Funktionen.

Energiemanagement

Hinter DALI stehen die Argumente zur Senkung des Energieverbrauchs und der Steigerung des Komforts von Beleuchtungsanlagen. Ziele, die angesichts der aktuellen öffentlichen Debatte zur CO2-Reduktion eine herausragende Bedeutung haben. Es ist zu erwarten, dass Gesetze und Verordnungen künftig mindestens dazu auffordern, den Energieverbrauch zu senken. Energiemanagement-Systeme werden also noch gefragter sein als heute. Der Markt des Lichtmanagements und damit die Herausforderungen an das DALI-System werden durch neue Konzepte und Anforderungen zur Energieeinsparung geformt. Dabei spielt das DALI-System zu jeder Zeit den wichtigsten Vorteil aus: Als standardisierte Systemlösung reduziert es die Kosten. DALI-Beleuchtungssysteme eignen sich außer als eigenständige Raumlösung auch zur Kombination mit BUS-Systemen in Gebäuden. Neue Übertragungsmedien (Funk, Handy usw.) ergänzen und verbessern den Komfort der Bedienung.

Vorschaltgeräte mit digitaler Schnittstelle

In der Normung IEC62386 sind zurzeit die folgenden Vorschaltgerätegruppierungen bezogen auf die Lichtquellen bzw. auf die Funktion (eigene Normenteile) mit digitaler Schnittstelle erfasst:

-Leuchtstofflampen (Teil 201)
-Notbeleuchtung (Teil 202)
-Hochdruck-Entladungslampen (Teil 203)
-Niedervolt-Halogen-Glühlampen (Teil 204)
-Glühlampen (Teil 205)
-Transformation von digitalen in ana
loge (110V) Signale (Teil 206)
-LED-Module (Teil 207)
-Schaltfunktionen (Teil 208)
-Farbkontrolle (Teil 209)
-Szenenspeicherung (Teil 210)
-Optische Kontrolle (Teil 211)
Den verschiedenen Vorschaltgerätegruppen sind zusätzliche Eigenschaften und Funktionen zugeordnet (siehe Tabelle).

Kurzbeschreibung des DALI-Systems

Das DALI-System war als Nachfolge-Sys­tem für die 110V-Schnittstelle gedacht und sollte darüber hinaus die Möglichkeit der Adressierung von Vorschaltgeräten und damit von Leuchten geben. Außerdem sollten neue Festlegungen hinsichtlich Komfort und Steuerung implementiert werden. Daraus ergab sich folgendes Profil für das System:

-Beschreibung der Master-Slave-Struktur.
-64 individuelle Adressen für Vorschalt- und Kontrollgeräte.
-16 Gruppen können adressiert werden.
-Veränderbare Parameter sind in Vorschalt- oder Kontrollgeräten gespeichert.
-Verwendung des störsicheren Manchester Codes.
-Information/Übertragungsrate: 1.200b/s.
-Maximaler Spannungsfall zwischen Sender und Empfänger 2V – damit können Reichweiten von bis zu 300m verwirklicht werden.
-Beschreibung von Signalspannung, Signalstrom und Zeitvorgaben für die Informationsübertragung.
-Vorgaben für den optionalen Polaritätsschutz.
-Vorgaben für den optionalen Überspannungsschutz des Dateneingangs.

Gütemerkmale für Beleuchtungsqualität

Die lichttechnischen Gütemerkmale für die künstliche Beleuchtung sind normiert – für Innenräume vor allem in DIN EN 12464-1 ‚Beleuchtung von Arbeitsstätten in Innenräumen‘. Wichtig zu wissen: Normen nennen immer Mindestanforderungen; bessere Werte zu realisieren, erhöht die Beleuchtungsqualität.

Beleuchtungsstärke

Die Beleuchtungsstärke (Kurzzeichen: E) hat großen Einfluss darauf, wie schnell, wie sicher und wie leicht die Sehaufgabe erfasst und ausgeführt wird. In der Maßeinheit Lux (lx) gibt sie den Lichtstrom an, der von einer Lichtquelle auf eine bestimmte Fläche trifft: Die Beleuchtungsstärke beträgt 1lx, wenn der Lichtstrom von 1lm (Lumen) 1m2 Fläche gleichmäßig ausleuchtet. Beispiel: Eine normale Kerzenflamme erzeugt im Abstand von 1m circa 1lx. Gemessen wird auf horizontalen und vertikalen Flächen. Die gleichmäßige Verteilung der Helligkeit erleichtert die Sehaufgabe. Die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke ist das Verhältnis der kleinsten zur mittleren Beleuchtungsstärke und sollte im so genannten Bereich der Sehaufgabe mindestens 0,7 betragen. Die normierten Werte für die mittlere Beleuchtungsstärke sind Wartungswerte, die nie unterschritten werden dürfen. Sind sie erreicht, müssen Wartungsarbeiten erfolgen. Bei der Projektierung der Beleuchtung muss ein Wartungsfaktor angegeben werden, der Alterung und Verschmutzung von Lampen, Leuchten und Raumoberflächen berücksichtigt. Darauf basiert der Wartungsplan.

Leuchtdichteverteilung

Die Leuchtdichte (Kurzzeichen: L) als Maß für den Helligkeitseindruck, den das Auge von einer leuchtenden oder beleuchteten Fläche hat, wird gemessen in Candela pro Flächeneinheit (meist cd/m2). Sie beeinflusst Sehleistung und Sehkomfort. Mit steigender Leuchtdichte erhöhen sich die Sehschärfe, die Kontrastempfindlichkeit und damit die Leistungsfähigkeit der Augenfunktionen. Der Reflexionsgrad von Oberflächen und die auftreffende Beleuchtungsstärke bestimmen deren Leuchtdichte. Deshalb erscheint ein weißer Raum bei gleicher Beleuchtungsstärke heller als ein dunkel eingerichteter Raum. Den Sehkomfort stören

-zu niedrige Leuchtdichten und fehlende Leuchtdichteunterschiede, weil sie eine unattraktive und wenig anregende Lichtatmosphäre erzeugen,

-zu hohe Leuchtdichteunterschiede, weil die daraus resultierende ständige Umadaptation ermüdet,

-zu hohe punktuelle Leuchtdichten, weil sie Blendung verursachen können.

Begrenzung der Blendung

Blendung kann direkt von Leuchten oder anderen Flächen mit zu hoher Leuchtdichte – auch Fenstern – ausgehen (Direktblendung). Oder sie wird von Reflexen verursacht, die durch Spiegelung auf glänzenden Oberflächen entstehen (Reflexblendung). Direkt- wie Reflexblendung vermindern den Sehkomfort (psychologische Blendung) und setzen die Sehleistung (physiologische Blendung) herab. Vor direkter Blendung schützt die Abschirmung von Lampen. Direktblendung wird nach dem UGR-Verfahren (Unified Glare Rating) bewertet; die Normen nennen Mindestwerte für den Blendschutz. Entsprechend ausgerichtetes Licht, matte Oberflächen im Raum und die Leuchtdichtebegrenzung der Leuchten beugen Reflexblendung vor.

Lichtrichtung und Schattigkeit

Form und Oberflächen im Raum sollen deutlich (Sehleistung) und auf angenehme Weise (Sehkomfort) erkennbar sein. Das erfordert ausgewogene Schatten mit weichen Rändern. Beeinflusst wird die Schattenbildung von der Lichtrichtung, die wiederum bestimmt wird von der Verteilung der Leuchten und ihrer Anordnung im Raum. Stark gerichtetes Licht führt zu tiefen Schatten mit harten Rändern. Ebenso unangenehm wirkt Schattenarmut, erzeugt von sehr diffuser Beleuchtung. DIN EN12464-1 bezeichnet die richtige Schattenwirkung als ‚Modelling‘ – als Ausgewogenheit zwischen gerichteter und diffuser Beleuchtung. Bei anspruchsvollen Sehaufgaben verbessert gerichtetes Licht die Sehleistung erheblich.

Lichtfarbe

Die Lichtfarbe einer Lampe beschreibt die Eigenfarbe des abgestrahlten Lichts. Sie wird bestimmt von der Farbtemperatur (ähnlichste Farbtemperatur TCP) in Kelvin (K):

Warmweiß (ww) <3.300K, Neutralweiß (nw) 3.300K bis 5.300K, Tageslichtweiß (tw) >5.300K.

Die Lichtfarben beeinflussen die Raumatmosphäre und damit den Sehkomfort. Das Licht von Lampen gleicher Lichtfarbe kann unterschiedliche Farbwiedergabe­Eigenschaften haben.

Farbwiedergabe

Die Farbwiedergabe einer Lampe kennzeichnet die farbliche Wirkung, die ihr Licht auf farbigen Gegenständen hervorruft. Sie wird mit dem Index Ra bewertet. Er gibt an, wie natürlich Farben wiedergegeben werden. Die Farbwiedergabe-Eigenschaft der Lampen hat Auswirkungen auf Sehleistung und Sehkomfort. Der Farbwiedergabe-Index ist von häufig vorkommenden Testfarben abgeleitet. Ra=100 steht für den besten Wert; je niedriger der Index, umso schlechter ist die Qualität der Farbwiedergabe-Eigenschaft. In Innenräumen sollte der Farbwiedergabe-Index den Wert Ra=80 nicht unterschreiten.

Informationen im Internet

Ausführliche Informationen hat die Fördergemeinschaft Gutes Licht auf ihrer Homepage www.licht.de zusammengestellt. Dort sind auch die Hefte 1 ‚Die Beleuchtung mit künstlichem Licht‘ und 12 ‚Beleuchtungsqualität mit Elektronik‘ erhältlich. Über DALI informiert die Internetseite www.dali-ag.org.

Autor: Norbert Wittig, Fachautor der Fördergemeinschaft Gutes Licht, Frankfurt am Main | Bilder:www.licht.de

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